大跨建筑结构(大跨平面结构)10.23.ppt

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大跨建筑结构大跨建筑结构参考书目：

参考书目：

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1.1.1.1.大跨空间结构大跨空间结构大跨空间结构大跨空间结构张毅刚等编张毅刚等编张毅刚等编张毅刚等编机械工业出版社；机械工业出版社；机械工业出版社；机械工业出版社；2.2.2.2.大跨空间结构大跨空间结构大跨空间结构大跨空间结构完海鹰编完海鹰编完海鹰编完海鹰编中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社；3.3.3.3.网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ7-91JGJ7-91；4.4.4.4.空间结构设计与施工空间结构设计与施工空间结构设计与施工空间结构设计与施工东南大学出版社；东南大学出版社；东南大学出版社；东南大学出版社；概概述述大大跨跨与与空空间间钢钢结结构构主主要要用用于于公公共共建建筑筑，如如大大会会堂堂、影影剧剧院院、展展览览馆馆、音音乐乐厅厅、体体育育馆馆、加加盖盖体体育育场、航空港等。

场、航空港等。

大大跨跨度度结结构构也也用用于于工工业业建建筑筑，如如飞飞机机制制造造厂厂的的总总装装配配车车间间、飞飞机机库库、造造船船厂厂的的船船体体结结构构车车间间等等等等。

这这些些建建筑筑采采用用大大跨跨结结构构是是受受装装配配机机器器（如如船船舶舶、飞飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。

机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。

展览馆展览馆日本大分体育公园综合竞技场伦敦千年穹顶大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家标准标准钢结构设计规范钢结构设计规范、网架结构设计与施工网架结构设计与施工规程规程将将6060m以上定义为以上定义为大跨度结构，计算和构造大跨度结构，计算和构造均有特殊规定。

我国目前最大跨度做到均有特殊规定。

我国目前最大跨度做到340340m，以钢以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。

大大跨跨度度结结构构主主要要是是在在自自重重荷荷载载下下工工作作，主主要要矛矛盾盾是是减减轻轻结结构构自自重重，故故最最适适宜宜采采用用钢钢结结构构。

在在大大跨跨度度屋屋盖盖中中应应尽尽可可能能使使用用轻轻质质屋屋面面结结构构及及轻轻质质屋屋面面材材料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。

料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。

主要分为两大类：

主要分为两大类：

平面结构体系平面结构体系梁式体系梁式体系框架式体系框架式体系拱式体系拱式体系空间结构体系空间结构体系实体结构类：

薄壳、折板结构实体结构类：

薄壳、折板结构张力结构类：

悬索结构、膜结构张力结构类：

悬索结构、膜结构混合结构类混合结构类网格结构类：

网架及网壳结构网格结构类：

网架及网壳结构平面承重的大跨度钢结构平面承重的大跨度钢结构11梁式结构体系梁式结构体系梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。

杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。

适用跨度：

适用跨度：

40406060m，更大的跨度由于耗钢量更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。

过大而不经济。

重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要的。

的整体刚度是非常重要的。

大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形和拱形桁架。

按重量最优确定的桁架的高跨比一般和拱形桁架。

按重量最优确定的桁架的高跨比一般为为1/61/61/81/8。

常用形式：

常用形式：

（11）角钢（或）角钢（或T型钢）桁架型钢）桁架

（2）H型钢重型桁架型钢重型桁架*（3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*桁架设计的难点在节点和支座，桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于跨度大于35354040m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力一般由屋架下弦的弹性变形产生。

一般由屋架下弦的弹性变形产生。

*上海证券大厦上海证券大厦连接两幢主楼连接两幢主楼的天桥桁架跨度的天桥桁架跨度63m，共支承着从共支承着从17层至层至26层共层共8个个楼层，采用了楼层，采用了H型型钢重型桁架。

钢重型桁架。

上海浦东国际机场上海上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m，跨跨中高度超过中高度超过11m，单榀屋架梁重单榀屋架梁重55吨。

吨。

为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。

一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。

（11）角钢（或）角钢（或TT型钢）桁架型钢）桁架一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复杂时不可靠。

国外有些规范（如美国杂时不可靠。

国外有些规范（如美国AISC规范）规规范）规定需进行计算。

定需进行计算。

88规范后的规范后的9090年代，重庆钢铁设计研究院会同云年代，重庆钢铁设计研究院会同云南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验，其中受拉试件的试验，其中受拉试件1616个，受压试件个，受压试件88个。

从而总个。

从而总结出结出用撕裂面法推导出来的公式用撕裂面法推导出来的公式。

由由于于桁桁架架节节点点板板的的外外形形往往往往不不规规则则，同同时时，一一些些受受动动力力荷荷载载的的桁桁架架还还需需要要计计算算节节点点板板的的疲疲劳劳，用用撕撕裂裂面面法法推推导导出出来来的的公公式式计计算算比比较较麻麻烦烦。

故故参参照照国国外外多多数数国国家家的的经经验验，规规范范建建议议对对桁桁架架节节点点板板也也可可采采用用有有效效宽宽度法进行承载力计算。

度法进行承载力计算。

有有效效宽宽度度法法假假定定腹腹杆杆轴轴力力通通过过连连接接件件在在节节点点板板内内按按照照应应力力扩扩散散角角度度传传至至连连接接件件端端部部与与N相相垂垂直直的的一一定宽度范围内，称为有效宽度定宽度范围内，称为有效宽度be。

假假定定bbee范范围围内内的的节节点点板板应应力力达达到到fu，并并令令betfu=Nu（节节点点板板破破坏坏时时的的腹腹杆杆轴轴力力），按按此此法法拟拟合合的的结结果果，当当应应力力扩扩散散角角=270时时精精度度最最高高，计计算算值值与与试试验验值值的的比比值值平平均均为为98.9%；当当=300时时，比比值值为为106.8%，考考虑虑到到国国外外多多数数国国家家对对应应力力扩扩散散角角均均取取为为300，为为与与国国际际接接轨轨且且误误差差较较小小，建建议议取取=300。

有有效效宽宽度度法法适适用用于于腹腹杆杆与与节节点点板板采采用用侧侧焊焊、围围焊焊、铆铆钉钉、螺螺栓栓等等多多种种连连接接情情况况，（采采用用铆铆钉钉或或螺栓连接时，螺栓连接时，be应取为有效净宽度）。

应取为有效净宽度）。

桁架节点板厚度选用表桁架节点板厚度选用表一一般般的的钢钢结结构构教教科科书书和和手手册册均均列列有有“桁桁架架节节点点板板厚厚度度选选用用表表”，但但都都系系互互相相参参考考，缺缺乏乏科科学学依依据据。

这这次次该该研研究究组组先先制制作作了了N-t/b关关系系表表（N为为腹腹杆杆最最大大拉拉力力；t为为节节点点板板厚厚度度；b为为连连接接肢肢宽宽度度），反反映映了了侧侧焊焊缝缝焊焊脚脚尺尺寸寸hf1、hf2的的影影响响。

同同时时又又在在上上述述参参数数组组合合的的最最不不利利情情况况下下，重重新新整整理理出出偏偏于于安安全全的的Nt表表。

相相对对来来说说它比以往的它比以往的Nt表更符合实际。

表更符合实际。

为为保保证证节节点点板板受受压压时时的的稳稳定定，桁桁架架杆杆件件间间间间隙隙不不能能太太大大，例例如如有有竖竖腹腹杆杆的的节节点点板板（或或自自由由边边有有加加劲劲的的节节点点板板），不不能能理理解解为为cc值值愈愈小小愈愈好好。

规规范范规规定定“弦弦杆杆与与腹腹杆杆、腹腹杆杆与与腹腹杆杆之之间间的的间间隙隙，不不应应小小于于20mm”，是是由由于于间间隙隙过过小小，焊焊接接残残余余应应力力影影响响过过大大。

而而对对吊吊车车桁桁架架，为为避避免免疲疲劳劳破破坏坏又又规规定定此此间间隙隙“不不宜宜小小于于50mm”；同同时时还还规规定定在在工工作作温温度度-20C地地区区的的桁桁架架，为为防防冷冷脆脆，“腹腹杆杆与与弦弦杆杆相相邻邻焊焊缝缝焊焊趾趾间间净净距距不不宜宜小小于于2.5t”。

同同样样，这这些些规规定定不不能能理理解解为为杆杆件件间间间间隙隙愈愈大大愈愈好好，在在某某些些情情况况如如出现矛盾，应妥善处理。

出现矛盾，应妥善处理。

随着热轧随着热轧H型钢在我国投产，剖分型钢在我国投产，剖分T型钢用于型钢用于桁桁架弦杆或腹杆的情况越来越多。

架弦杆或腹杆的情况越来越多。

T型钢桁架的优点型钢桁架的优点是：

无离缝、防腐易处理、用钢量省。

是：

无离缝、防腐易处理、用钢量省。

问题：

问题：

（11）节点施工不方便；）节点施工不方便；（22）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均不适用；不适用；（33）板件的局部稳定难以满足规范的规定。

）板件的局部稳定难以满足规范的规定。

（22）H型型钢重型桁架钢重型桁架桁桁架架节节点点铰铰接接是是一一种种近近似似，条条件件是是杆杆件件较较细细长长，以以H型型钢钢作作弦弦杆杆或或腹腹杆杆的的重重型型桁桁架架，设设计计时时应应注注意意节节点点的的次次应应力力，或或按按刚刚接接节节点点设设计计，对对重重要要的的节节点点还还应进行有限元分析。

应进行有限元分析。

（33）钢管桁架（圆管或矩形管）钢管桁架（圆管或矩形管）钢钢管管桁桁架架节节点点受受力力复复杂杂，原原8888规规范范只只有有直直接接焊焊接接的的平平面面桁桁架架式式圆圆管管结结构构的的条条文文。

近近几几年年同同济济大大学学对对圆圆钢钢管管空空间间桁桁架架节节点点作作了了一一些些试试验验和和分分析析；哈哈工工大大对对直直接接焊焊接接的的方方管管桁桁架架结结构构（主主管管为为方方管管，支支管管为为方方管管或或圆圆管管）的的节节点点作作了了一一些些试试验验和和分分析析，钢钢结构设计规范结构设计规范修订时，其成果已部分纳入。

修订时，其成果已部分纳入。

22框架结构体系框架结构体系与与梁梁式式结结构构体体系系相相比比，框框架架式式体体系系比比较较经经济济，且且横横梁梁高高度度可可以以取取得得比比梁梁式式结结构构的的高高度度小小，刚刚度度也较大，常用于工业建筑。

也较大，常用于工业建筑。

框框架架柱柱柱柱脚脚可可以以作作成成铰铰接接，也也可可以以作作成成刚刚接接。

无无铰铰框框架架刚刚度度更更好好，用用钢钢量量省省、便便于于安安装装，但但这这种种框框架架对对温温度度作作用用比比较较敏敏感感，对对基基础础及及地地基基的的要要求较高。

求较高。

主要有实腹式和格构式两大类。

主要有实腹式和格构式两大类。

（1）实腹式框架结构体系）实腹式框架结构体系实实腹腹式式框框架架适适用用于于跨跨度度不不太太大大（L=18=186060m）的的框框架架结结构构。

它它的的优优点点是是制制作作简简单单、便便于于运运输输，还还能能降降低房屋高度。

实腹框架常设计成铰接柱脚。

低房屋高度。

实腹框架常设计成铰接柱脚。